Натрий (обозначается Na) — химический элемент главной подгруппы первой группы, третьего периода периодической системы Д. И. Менделеева, атомный номер 11; при нормальных условиях — серебристый белый блестящий металл, быстро тускнеет на воздухе, образуя оксиды, карбонаты и основание NaOH.
Относится к щелочным металлам.
Изотопы
Натрий встречается в природе в виде одного стабильного изотопа 23Na, искусственно получены многочисленные (около 20) радиоактивные изотопы натрия (массовые числа 18-37), а также 2 ядерных изомера. Изотоп 22Na (период полураспада ~2,6 лет) используется как источник позитронов и в научных исследованиях; 24Na (период полураспада 15 часов, испускает бета-лучи)— в медицине для лечения лейкемии. Остальные изотопы имеют периоды полураспада меньше минуты и представляют лишь научный интерес.
Физические свойства
Металл очень мягкий, легко режется ножом. Относительная атомная масса ~23 а.е.м., плотность при нормальных условиях всего 0,971 г/см3 (то есть натрий легче воды).
Температура плавления — 370,96 K (примерно 98 °C, кипит при 1156,1 K (примерно 883 °C).
Электронная конфигурация: [Ne] 3s1. Радиус атома 190 пикометров (10-12).
Нахождение в природе
Является одним из наиболее распространённых элементов в земной коре. Кларк натрия в земной коре 25 кг/т. Содержание в морской воде — 10,5 г/л.
Из-за высокой химической активности натрий в свободном состоянии в природе не встречается, а присутствует в виде соединений, например NaCl (галит, поваренная соль).
Известны и другие природные соединения натрия, например глауберова соль (десятиводный сульфат натрия) и чилийская селитра (нитрат натрия). Встречаются также гидрокарбонаты (нахколит) и гидраты карбонатов натрия (сода или натрит, термонатрит), трона (Na2CO3·NaHCO3·2H2O).
Значительная часть натрия в составе соединений содержится в водах океанов и морей, а также залежей каменной соли в месторождениях на суше. Кроме того, соединений натрия много на месте высохших соляных и содовых озёр и лиманов.
Химические свойства
Как и все щелочные металлы, натрий химически очень активен. Однако, по активности он уступает калию, рубидию, цезию и францию, но превосходит литий, поскольку в группе щелочных металлов реакционная способность увеличивается сверху вниз, то есть с ростом порядкового номера.
Натрий бурно реагирует с водой, восстанавливая её до водорода, при этом образуется сильное основание (щёлочь) NaOH:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑
Если бросить кусочек натрия в воду, то он начнёт скользить по воде и плавиться, так как при взаимодействии натрия с водой выделяется большое количество теплоты. Водород, получившийся как побочный продукт в этой реакции может при этом загореться.
Натрий окисляется кислородом при комнатной температуре, давая оксид. При сгорании натрия на воздухе получается пероксид:
4Na + O2 → 2Na2O (оксид)
2Na + O2 → Na2O2 (пероксид)
Активно взаимодействует со галогенами: фтором, хлором и бромом, образуя галогениды состава NaX, где X — галоген.
С водородом реакция начинается при нагревании 250-400 °С, при этом получается гидрид натрия NaH.
С азотом реагирует очень трудно. Нитрид натрия можно получить, пропуская электрический ток через металлический натрий в атмосфере азота.
6Na + N2 → 2Na3N
С аммиаком при нагревании образует амид:
2Na + 2NH3 → 2NaNH2 + H2↑
С серой, селеном и теллуром активно реагирует, при этом получаются халькогениды состава Na2X, NaX, NaX2 и Na2X5.
Легко реагирует с кислотами, например серной, соляной и азотной. Продуктами реакции являются сульфат, хлорид и нитрат натрия соответственно.
Соли натрия хорошо растворяются в воде.
Со ртутью натрий образует амальгаму (сплав металла с ртутью).
В соединениях натрий одновалентен.
Натрий является сильным восстановителем.
В ряду напряжений стоит до водорода, между кальцием и актинием.
Хранение
Чтобы предотвратить окисление натрия, его, как правило, хранят под слоем керосина или масла.
Получение
В промышленности чистый натрий получают электролизом расплава хлорида натрия или гидроксида натрия:
2NaCl → 2Na + Cl2↑
4NaOH → 4Na + 2H2O↑ + O2↑
Если проводить электролиз раствора хлорида натрия, то получается щёлочь, хлор и водород.
Натрий также можно получить термическим разложением азида NaN3 и цирконийтермическим методом.
Интересные факты
Под высоким давлением натрий становится красным и прозрачным, похожим на рубин.
Источники
- Большая Советская Энциклопедия — Натрий.
- Натрий. Химическая энциклопедия.